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Thermostatvorrichtung für Kühlschränke Die Erfindung bezieht sich
auf Thermostateinrichtungen für Kühlschränke o. dgl., bei denen der für das Arbeiten
des Thermostaten erforderliche Impuls durch eine Volumenveränderung gegeben wird,
die in einer Flüssigkeit bei deren Übergang in festen Aggregatzustand eintritt,
z. B. in Wasser beim Gefrieren zu Eis. Es können jedoch auch Flüssigkeiten anderer
Art verwendet und der Flüssigkeit ein oder mehrere Zusatzstoffe zugesetzt werden,
die die Eigenschaft haben, den Gefrierpunkt zu erhöhen oder zu senken, z. B. Salze,
Glycerin, Alkohol o. dgl.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein in einem Kühlschrank angebrachter
Fühlkörper, der die erwähnte Flüssigkeit, zweckmäßig Wasser, enthält, derart im
Verhältnis zu einem im Kühlschrank angeordneten Verdampfer eines Kälteapparates
oder einem mit dem Verdampfer in wärmeleitender Verbindung stehenden Kühlkörper
angebracht ist, daß nur ein Teil des Fühlkörpers in direkt wärmeleitender Verbindung
mit dem Verdampfer oder dessen Kühlkörper steht, während ein anderer Teil des Fühllkörpers
unmittelbar von der Temperatur der Raumluft im Schrank beeinflußt wird. Wegen der
in diesen Teilen herrschenden verschiedenen Temperaturen ist daher die Flüssigkeit
im erstgenannten Teil in fester Form, d. h. zu Eis gefroren, im letztgenannten Teil
des Fühlkörpers jedoch in flüssiger Form. Deswegen wird der Thermostat teilweise
von der Temperatur des Verdampfers bzw. dessen Kühlkörpers und teilweise von der
hiervon stark abweichenden Temperatur der Raumluft im Kühlschrank beeinflußt. Ist
z. B. der Kühlkörper oder der Verdampfer mit Vorrichtungen zur Eiserzeugung versehen,
so muß in ihnen eine so niedrige Temperatur gehalten werden, daß eine Eiserzeugung
stattfinden kann, beispielsweise - xo ° C. Im Kühlschrank hingegen soll die Raumluft
zweckmäßig eine Temperatur von + ¢° haben. Durch Anordnung des Fühlkörpers gemäß
der Erfindung können diese beiden stark voneinander abweichenden Temperaturen geregelt
werden, da die Veränderung von jeder einzelnen dieser beiden den Fühlkörper beeinflussenden
Temperaturen eine entsprechende Veränderung der im Fühlkörper eingeschlossenen Eismenge
verursacht. Gleichzeitig erhält man eine große Betriebssicherheit und Gleichförmigkeit
in der Betriebsweise des Thermostaten, da auch bei verhältnismäßig kleinen Änderungen
einer der genannten Temperaturen große Kräfte für das Arbeiten des Thermostaten
ausgelöst werden.
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Die bei einer Temperaturveränderung auftretenden Volumenänderungen
werden in Thermostaten selbst dazu benutzt, unmittelbar oder mittelbar die Antriebsvorrichtung
des Kühlapparates, beispielsweise die Beheizungsvorrichtung eines Absorptionskälteapparates,
zu steuern. Ist der Thermostat derart ausgeführt, daß er unmittelbar die Kühlmittelzufuhr
zu einem oder mehreren wärmeabgebenden Teilen des Kühlapparates steuert, während
die Antriebsvorrichtung des Kühlapparates selbst mittelbar über die Kühhnittelzufuhr
gesteuert wird, so wird die Thermostateinrichtung zweckmäßig
mit
einer Nebenschlußleitung für das Kühlmittel versehen, die durch ein von Hand zu
bedienendes Ventil gesperrt werden kann. Wird dieses Ventil geöffnet, so wird der
Thermostat umgangen, und der Kühlapparat arbeitet unbeeinflußt von ihm, was zuweilen
wünschenswert sein kann, z. B. wenn man besonders schnell Eis erzeugen will.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf das in den beiliegenden
Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben werden.
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Abb. = stellt eine Vorderansicht eines Kühlschranks mit einer darin
angeordneten Thermostatvorrichtung gemäß der Erfindung dar.
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Abb. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen für die Anbringungsart
des Fühlkörpers am Verdampfer, und zwar wird in Abb. 2 eine 'Draufsicht auf den
in Abb. i gezeigten Fühlkörper nebst den angrenzenden Teilen des Verdampfers gezeigt.
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Abb. 4 und 5 zeigen in vergrößertem Maßstabe Schnitte durch einen
Teil der Thermostateinrichtung, und zwar gibt Abb. 5 einen Schnitt nach der Linie
V-V der Abb. 4.
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In der Abb. i bezeichnet i einen Kühlschrank und 2 einen mit Vorrichtungen
zur Eiserzeugung versehenen Kühlkörper, der im Innern des Schrankes angeordnet ist
und den Verdampfer eines Kälteapparates geeigneter Art umgibt. Der Fühlkörper der
Thermostateinrichtung besteht aus einem senkrecht angeordneten Rohr 3, dessen oberer
Teil in unmittelbarer gut wärmeleitender Verbindung mit dem Kühlkörper 2 steht,
während sein unterer Teil, ohne mit dem Kühlkörper bzw. dem Verdampfer in anderer
unmittelbarer wärmeleitender Verbindung als über die Fühlkörperwandung selbst zu
stehen, von allen Seiten von der Raumluft des Kühlschrankes umgeben ist.
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Die Flüssigkeit im oberen Teil des Fühlkörpers 3, der mit dem Kühlkörper
in wärmeleitender Verbindung steht, ist wegen der unmittelbaren Einwirkung der im
Betrieb dauernd niedrigen Temperatur des Kühlkörpers ständig gefroren. Im unteren
Teil des Fühlkörpers hingegen, wo die Temperatur der Raumluft die zweckmäßigste
für die Aufbewahrung von Speisen im Schrank, also etwa + 4° C, ist, hat auch die
Flüssigkeit im Fühlkörper eine entsprechende Temperatur, so daß sie hier im allgemeinen
nicht gefroren ist. Hieraus ergibt sich, daß ein Fallen der Temperatur sowohl in
der Raumluft des Schrankes wie im Kühlkörper unter die gewünschte einzuhaltende
Grenze ein verstärktes Gefrieren von Flüssigkeit im oberen Teil des Fühlkörpers
hervorruft und damit zugleich eine Volumenveränderung - für Wasser eine Volumenvergrößerung
-, die, wie unten näher beschrieben werden soll, das Arbeiten des Thermostaten auslöst
und ganz oder teilweise den Kühlapparat abstellt. Steigende Temperaturen der Raumluft
oder des Kühlkörpers hingegen haben entgegengesetzte Wirkungen. Ist der Fühlkörper
senkrecht angeordnet, so verläuft bei Verwendung von Wasser bei fallender Temperatur
das Weitergefrieren vom oberen Teil des Fühlkörpers abwärts ohne Störungen, da das
Wasser in diesem Fall in der Richtung nach unten eine zunehmende Dichte hat. Ist
hingegen der Fühlkörper, wie in Abb.3 gezeigt, waagerecht oder mehr oder weniger
geneigt angeordnet, so treten bei Verwendung von Wasser als Regelflüssigkeit leicht
Störungen dadurch auf, daß eine Flüssigkeitszirkulation im Fühlkörper entsteht,
weil ja Wasser seine größte Dichte nicht beim Gefrierpunkt, d. h. bei o°, hat, sondern
bei + 4 ° C. Das spezifisch schwerste Wasser von + 4 ° könnte dann unter Umständen
Wasser, das kälter als + 4° ist und unmittelbar das Eis im Fühlkörper berührt, verdrängen.
Hierdurch könnte die Temperatur der nicht gefrorenen Teile des Wassers im Fühlkörper
sinken, ohne daß es zu weiterer Eisbildung und darauffolgendem Arbeiten des Thermostaten
kommt, obgleich dann die Temperatur der Raumluft im Schrank unter den Wert gefallen
ist, für den der Thermostat eingestellt wurde und bei dem er arbeiten soll.
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Der Fühlkörper 3 ist mittels einer Leitung 4 mit einer im Zusammenhang
mit den Abb. 4 und 5 näher zu beschreibenden Druckdose oder Druckkammer in der eigentlichen
Thermostatvorrichtung verbunden. Die Leitung 4 wird zweckmäßig etwas elastisch ausgeführt,
beispielsweise dadurch, daß man sie mit einer Schlinge 5 o. dgl. versieht.
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In der Abb. 2 ist in Projektion gezeigt, wie der Fühlkörper 3 an dem
mit dem Verdampfer 6 des Kälteapparates in unmittelbarer wärmeleitender Verbindung
stehenden Kühlkörper 2 angebracht ist.
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Der Fühlkörper 3 ist mittels metallischer Klemmbacken 7 an einem Flansch
8 des Kühlkörpers befestigt. Durch diese lösbare Verbindung wird erreicht, daß der
Fühlkörper dem Kühlkörper gegenüber verstellt werden kann, so daß dieser wahlweise
mit einem größeren oder kleineren Teil des Fühlkörpers in unmittelbare wärmeleitende
Verbindung tritt. Hierdurch läßt sich der Regelbereich des Thermostaten beliebig
einstellen, indem man einen größeren oder kleineren Teil des Fühlkörpers der unmittelbaren
Beeinflussung durch die Temperatur des Kühlkörpers bzw. die der Raumluft im Schrank
aussetzt.
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Gemäß Abb. 3 ist der Fühlkörper 3 waagerecht angeordnet, im übrigen'
aber am Kühlkörper 2 des Verdampfers in gleicher Weise befestigt, wie ün Zusammenhang
mit Abb.2 beschrieben.
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li Bei dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig, innerhalb des Fühlkörpers
eine Einlage anzuordnen, die beispielsweise aus einem durchlochten
sinusförmigen
Metallband g o. dgl. besteht, um eine schädliche Zirkulation des Wassers im Fühlkörper,
wie oben erwähnt, zu verhindern.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des eigentlichen Thermostaten
ist in den Abb. q. und 5 gezeigt. Das Thermostatgehäuse io enthält eine Kammer ii,
die über eine mit einem Mundstück i2 versehene Ventilkammer 13 mit der Zuflußleitung
14. für das Kühlwasser des Apparates in Verbindung steht. Von der Kammer ii strömt
das Kühlwasser durch eine geeignete Drosselvorrichtung zu den Kühlvorrichtungen
des Apparates. Die Drosselvorrichtung besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Rohr
15 (Abb. 5), in dem mit engen Durchtrittsöffnungen versehene Platten oder Scheiben
16 derart angeordnet sind, daß für das Kühlwasser ein Zickzackweg entsteht. Durch
die beim Durchtritt des Wassers durch diese Vorrichtung immer wieder auftretenden
Geschwindigkeitsänderungen wird der Druck des Kühlwassers gedrosselt und zugleich
die durchtretende Menge des Kühlwassers auf den gewünschten Wert herabgesetzt, was
sich durch entsprechende Wahl der Anzahl der Scheiben 16 erreichen läßt.
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Im Thermostatgehäuse io eingeschraubt oder in anderer Weise dicht
eingepaßt ist eine Hülse 17 o. dgl., die die obenerwähnte Druckdose oder
Druckkammer IV', enthält, in welcher die vom Fühlkörper 3 kommende Leitung q. mündet.
Die eine Wand dieser Kammer I7a ist nachgiebig ausgebildet, und zwar wird sie im
Ausführungsbeispiel von einem Balg 18 gebildet. Kammer 17' ist mit einer Flüssigkeit,
z. B. Wasser, gefüllt, d.h. zweckmäßig mit der gleichen Flüssigkeit, die der Fühll,--örper
3 enthält. In den Balg 18 lose eingesetzt ist ein Kolben ig, der von einer Feder
2o umgeben ist. Die Feder 2o liegt mit ihrem einen Ende gegen einen Absatz 21 des
Kolbens und mit dem anderen Ende gegen das Mundstück i2. Der Kolben ig ist im Innern
mit einer Ausnehmung versehen, in die oben eine Kappe 22 eingesetzt ist. Mit ihrem
oberen Flansch 23 liegt diese Kappe gegen den oberen Kolbenrand. In der Kappe 22
ist ein kleiner zylindrischer Körper 24 gelagert, dessen untere Seite mit einem
Flansch 25 versehen ist. Der Körper 24 wird von einer innerhalb des Kolbens ig liegenden
Feder 26 derart in der Kappe 22 gehalten, daß er mit seinem Flansch a5 gegen die
Unterkante der Kappe 2z liegt. Der Körper 24 arbeitet mit dem Mundstück 12 zusammen
und verschließt dessen Mündung, sobald der Kolben ig entgegen dem Druck der Feder
2o und dem Kühlwasserdruck zufolge einer Volumenvergrößerung des Inhalts des Fühlkörpers
und dadurch verursachter Steigerung des Druckes der Flüssigkeit auf die Balgwand
18 nach aufwärts gedrückt wird. Zwecks besserer Dichtung ist über den Körper 2q.
eine Vorlegescheibe 27 aus Gummi oder ähnlichem Dichtungsmaterial gelegt.
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Nach oben hin ist die Kammer ii durch eine Membran 28 abgeschlossen,
deren Kanten gegen das Thermostatgehäuse io durch eine Scheibe 29 gedrückt werden.
Diese Scheibe ist in das Gehäuse eingeschraubt oder in anderer Weise in ihm befestigt
und ist auf ihrer der Membran zugewandten Seite mit einer der Membranbiegung entsprechenden
Ausnehmung versehen. In der Platte 2g ist ein Kolben 3o verschiebbar gelagert, der
durch eine Feder 31 entgegen dem Druck der Kühlwasserleitung auf die Membran gedrückt
wird. Innerhalb der Windung der Feder 31 ist eine Stange 32 angeordnet, die
mit einem kippbaren Quecksilberschalter 33 zusammenarbeitet, der den Strom für die
Antriebsvorrichtung des Apparates, z. B. eine Heizpatrone, schließen und unterbrechen
kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Quecksilberschalter 33 derart
angeordnet, daß der Stromkreis geschlossen ist, wenn der Schalter mittels der Stange
32 aufwärts in waagerechte Lage gedrückt ist, d. h. wenn das Mundstück 12 offen
ist, so daß der volle Wasserdruck in der Kammer ii herrscht. Der Stromkreis wird
unterbrochen, wenn der Druck in Kammer ii wegen Abschlusses des Mundstückes 12 sinkt,
da dann die Feder 31 die Membran 28 eindrückt, die Stange 32 nach unten sinkt und
der Schalter durch seine eigene Schwere kippt, wobei er eine schräge Stellung einnimmt.
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Auf der Zeichnung ist die Thermostatanlage in der Lage dargestellt,
in der die zugehörigen Teile stehen, wenn die Antriebsvorrichtung des Kühlapparates
angelassen ist, die Temperatur im Kühlschrank aber noch nicht die Grenze erreicht
hat, bei der der Thermostat die Antriebsvorrichtung ausschalten soll. Fallen nun
die Temperaturen im Kühlschrank oder am Kühlkörper 2 weiter, und zwar unter den
Wert, für den der Fühlkörper 3 eingestellt ist, so vergrößert sich dadurch die Eismenge
im Fühlkörper. Hierdurch wird das in ihm, in der Leitung q. und in dem Balgen 18
stehende Wasser der auftretenden Volumenvergrößerung wegen einem gesteigerten Druck
ausgesetzt und damit der Kolben ig aufwärts gegen den Druck der Feder 2o (und den
Druck in der Kühlwasserleitung) gehoben. Hierbei wird das Mundstück i? durch den
Körper 24 mittels der Vorlegescheibe 27 abgeschlossen. Bewegungen des Kolbens ig
über diese Abschlußlage hinaus werden von der Feder 26 aufgenommen. Den Überschuß
der vom Impuls ausgelösten Bewegung des Balgen 18 und Kolbens ig in solcher Weise
aufzunehmen, ist von Wichtigkeit. Nach Abschluß des Mundstückes i2 muß die Anlage
nachgiebig werden, da sonst ein Zersprengen des Fühlkörpers oder des Balgen 18 eintreten
könnte. Durch Abschluß des Mundstückes i2 wird der Zufluß von
Kühlwasser
zur Kammer =i und den zu kühlenden Apparatteilen abgestellt. Der Druck auf die Membran
28 hört also auf, so daß sie nun durch die Feder 31 zurückgedrückt wird.
Der bisher durch den Kolben 30 und die Stange 32 aufwärts in die Einschaltlage
gedrückte Quecksilberkippschalter 33 kippt deshalb nach unten und stellt dabei die
Antriebsvorrichtung des Apparates ab.
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Steigen dann die Temperaturen im Kühlschrank oder am Kühlkörper wieder
über die Grenze, bei der der Thermostat die Antriebsvorrichtung wieder anstellen
soll, so schmilzt ein Teil des Eises im Fühlkörper 3, wodurch sich das Volumen des
aus Eis und Wasser bestehenden Inhaltes des geschlossenen Systems wieder verringert.
Durch die Wirkung der Feder 2o und den Kühlwasserdruck werden deshalb Balg =8, Kolben
i9 mit dem Körper 24 und Vorlegescheibe 27 vom Mundstück i2 fortgedrückt, so daß
dessen Mündung frei wird und die Kühlwasserzufuhr wieder geöffnet wird. Hierdurch
wird die Membran 28 erneut dem Kühlwasserdruck ausgesetzt, der die Membran aufwärts
preßt. Demzufolge wird durch Kolben 30 und Stange 32 der Quecksilberkippschalter
33 in die horizontale, d. h. die Einschaltlage übergeführt und die Antriebsvorrichtung
des Kälteapparates eingeschaltet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Thermostat mit einer
von Hand einstellbaren Vorrichtung versehen, durch die er selbst abgeschaltet werden
kann. Diese aus Abb.5 ersichtliche Vorrichtung besteht aus einem von Hand einstellbaren
Organ 3q., das mit einem Ventil 35 versehen ist, das derart ausgebildet und angeordnet
ist, daß es einen Kanal 36 in der Kühlwasserzuflußleitung =q. abschließen
oder öffnen kann. Der Kanal 36 kann eine direkte Verbindung zwischen der
Leitung iq. und der Kammer =i herstellen. Ist also das Ventil 35 geöffnet, so stehen
die Kühlvorrichtungen des Kälteapparates in offener Verbindung mit der Kühlwasserzuflußleitung
=q., und der Thermostat selbst ist abgeschaltet.